基于固定式多图像传感器的环状全向3D扫描仪的制作方法

本实用新型涉及所有环状结构的、多个图像传感器(2D图像传感器或3D图像传感器)固定在该环状结构装置上的、用于对被观测目标进行全方位3D重建的3D扫描装置，特别是针对人体四肢、头部等局部和小物件等实现全向3D重建的环状装置。按照国际专利分类表(IPC2015)划分属于G物理部，G01测量测试分部，G01C测量距离、水准或者方位；勘测；导航；陀螺仪；摄影测量学或视频测量学大类的技术领域。

二.

背景技术：

市场现有的三维扫描仪，不论其采用何种3D重建(亦可称之为3D成像)原理，均呈现为长方体或类长方体结构，传感器分布在该长方体结构或类长方体结构的六个侧面中的某一个侧面，通过一次数据采集，只能对被观测物体的某一个侧面进行表面3D重建。为了获取被观测物体的全方位3D信息，往往通过

1)将被观测物体放置在一个转台上，通过转台若干圈转动、且保持被观测物体与转台相对静止来实现对被观测物体的360度全方位3D重建；

2)或通过手持式3D扫描设备围绕物体若干次往复式扫描、且所扫描到的区域覆盖被观测物体全部表面、从而实现对被观测物体的360度全方位3D重建；

3)亦或通过将物体一分为多、分而治之的方法，将被观测物体分为若干部分分别扫描进行3D重建、进而拼成一个完整的、360度全方位的3D模型；等等。

不论采用哪种方法展开对被测物体的全向3D扫描，3D扫描设备均呈现为长方体结构或类长方体结构。

三.

技术实现要素：

本实用新型的目的在于：提供一种新型的、环状结构的全向3D扫描装置，多个2D图像传感器或者3D图像传感器固定在该环状装置上；该装置良好解决了长方体结构或类长方体结构3D扫描仪存在的一次数据采集只能重建被观测物体部分表面3D信息的问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：基于固定式多图像传感器的环状全向3D扫描仪，外观呈现为环状结构，可以是正圆环状、正方形环状、正多边形环状、也可以是其它任意环状。若干个2D图像传感器或3D传感器被固定于该环形装置内侧壁，并统一正视环状装置的内部。譬如：若该环形装置是正圆环状，若干个2D或3D图像传感器平均分布在该正圆环形装置上，统一朝向正圆环的圆心。相邻两个传感器之间，可均匀分布若干LED光源，在图像传感器进行图像采集时，所有的LED光源受控统一曝光，并且曝光时长相等。

若干个图像传感器在同一瞬间采集到的2D或3D信号，1)分别通过一致的数据传输方式传出，这些传输方式包括：USB2.0数据传输方式、USB3.0数据传输方式、干兆网(GigE)数据传输方式，等等；即：有多少图像传感器，就配备多少根相关数据线用于将采集的图像数据导出；2)或将采集数据通过软排线或其它数据传输方式汇总到统一的数据存储模块，然后再通过单独一根数据线将汇总的图像数据统一输出。

与现有技术相比较，本实用新型的有益效果是：基于固定式多图像传感器的环状全向3D扫描仪可以解决现有长方体结构或类长方体结构全向3D扫描仪在耗时性、易用性等诸多方面的难题，包括：

1)相比需要额外转台的长方体结构或类长方体结构全向3D扫描仪，该基于固定式多图像传感器的环状全向3D扫描仪无需将被观测物体固定在一个转台上旋转若干圈、且旋转过程中被观测物体必须保持与转台的相对位置静止，简单高效；

2)相比手持式长方体结构或类长方体结构全向3D扫描仪，该基于固定式多图像传感器的环状全向3D扫描仪无需对被观测物进行若干次往复式扫描，而仅需一次性采样即可，简单高效；

3)相比将被观测物体分为多个部分、分别进行3D重建的方案，该基于固定式多图像传感器的环状全向3D扫描仪可一次性重建被观测物体360度全方位的3D信息，简单高效。

特别地，当被测目标是人体身体局部(比如人体四肢、人头等)的时候，基于固定式多图像传感器的环状全向3D扫描仪由于其快速高效、可大大提升用户体验感。

四.附图说明

附图给出本实用新型“基于固定式多图像传感器的环状全向3D扫描仪”两个在研实例A、B的结构示意图：

实例A：该实例呈现正圆环状结构，采用16个2D图像传感器，并使用了16个闪光灯，以及1个数据存储模块；数据汇总后统一通过1根USB3.0数据传输线从数据存储模块传出。

图1：是本实用新型的实例A的三维示意图。

图2：是本实用新型的实例A的正视结构示意图。

实例B：该实例呈现正方形环状结构，采用4个3D图像传感器.分别通过4根USB3.0数据传输线多路输出。

图3：是本实用新型的实例B的三维示意图。

图4：是本实用新型的实例B的正视结构示意图。

上述诸示意图中零部件的标号说明如下：

1.环状装置

2.2D图像传感器

3.曝光装置(闪光灯)

4.数据传输线

5.数据输入输出模块

6.3D图像传感器

五.具体实施方式

实例A：

在图1中，16个2D图像传感器(2)等距分布固定于圆环状装置(1)的内侧壁，每两个2D图像传感器(2)间安装1个闪光灯(3)，所有2D图像传感器的镜头均正视圆环圆心。

2D图像传感器可以采用市场上常见的usb2.0或usb3.0网络摄像头，也可以采用usb3.0或千兆网工业图像传感器。

在图2中，环状装置内部装有一个数据输入输出模块(5)，每个传感器各有一条数据线(4)与数据输入输出模块连接，所有传感器的数据线均在圆环状装置内部布线。在数据输入输出模块上，还有一条数据线从圆环状装置内部伸向圆环状装置外方，实现数据的对外传输。

数据输入输出模块实现的功能是：

1)接收外部控制信号，并转发至各个2D图像传感器，实现外部设备对传感器的同步控制。

2)汇总各2D图像传感器获取的图像数据，并向外传输。

根据采用的2D图像传感器输出方式的不同，可采用不同的数据输入输出模块。对于使用USB2.0(或USB3.0)数据线作为输出方式的图像传感器，可以采用USB2.0(或USB3.0)集线器作为数据输入输出模块；对于使用千兆网网线作为输出方式的图像传感器，可以采用交换机作为数据输入输出模块。

使用时，用户将被观测物体置于圆环状结构中央，确认所有2D图像传感器均能拍摄到被观测物体。各2D图像传感器在同一瞬间，从16个不同方向对被观测物体进行数据采集。从而通过仅一次数据采集，获得被观测物体全方位360度的2D图像数据，用于后期全向3D重建。

实例B：

在图3中，4个3D图像传感器(6)均匀分布，固定于正方环状装置(1)内侧壁的四侧，3D图像传感器的镜头朝向正方环形中心。

3D图像传感器可选取市面上常见的民用级结构光3D图像传感器，并采取USB3.0作为数据输出方式。在图4中，每一个3D图像传感器(6)均有一条数据线(4)在正方环状装置(1)内部布线，并从正方环状装置一处缺口中伸出向外。与实例A不同的是，本实例B不使用数据输入输出模块，而是采用3D图像传感器数据线与外部设备直接连接进行数据输出的方案。

在使用时，与实例A相同，用户将被观测物体置于正方形环状结构中央，确认位于被观测物体四周的3D图像传感器均能够采集到被观测物体的深度信息。四个3D图像传感器瞬间依次分别获取被观测物体表面四个方向上的深度信息。仅通过一次数据采集，获得被观测物体全方位360度深度信息，用于后期全向3D重建。

本实用新型与现有最接近的技术共有的技术特征是，采用若干个2D/3D图像传感器，获得被观测物体3D重建所必须的信息；本实用新型与现有最接近的技术比较，特有的技术特征是，使用环状结构装置，多个2D/3D图像传感器固定在该环状装置上，使得传感器围绕被观测物体呈环状分布，能够仅通过一次数据采集，获得被观测物体全方位外表面的3D信息。